ES2890800T3 - Monitorización de velocidad a prueba de fallos de un accionamiento - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para la monitorización a prueba de fallos de la velocidad de un accionamiento con un rodillo y para la monitorización indirecta de la velocidad de banda de una banda de material movida mediante rodillos, en donde el accionamiento presenta al menos un convertidor (2), un motor (3) y un transmisor de velocidad de giro (4), en donde al accionamiento se especifica una velocidad de giro teórica (9) y mediante el transmisor de velocidad de giro (4) se registra una velocidad de giro real (10), caracterizado porque se calcula una velocidad de giro de sustitución (11) y en un programa de seguridad (7) de una CPU de seguridad (6) con dos de los tres valores, en cada caso, velocidad de giro teórica (9), velocidad de giro real (10) y velocidad de giro de sustitución (11) se lleva a cabo un control de plausibilidad (12-14), en donde la velocidad de giro de sustitución (11) se calcula a partir de la frecuencia de salida del convertidor (2) en caso de accionamientos de corriente trifásica o a partir del cociente de tensión de borne y flujo magnético en caso de accionamientos de corriente continua, en donde se realiza al menos un control de plausibilidad (12, 13, 14) en cada caso - entre velocidad de giro teórica (9) y velocidad de giro real (10), - entre velocidad de giro teórica (9) y velocidad de giro de sustitución (11) y - entre velocidad de giro real (10) y velocidad de giro de sustitución (11), en donde en los tres controles de plausibilidad (12-14) se verifica, que la diferencia de ambos valores varía continuamente, en donde también se indica un ruido como variación continua, y en donde se comprueba si la velocidad de giro real (10) y/o la velocidad de giro de sustitución (11) en el programa de seguridad (7) han superado al menos un valor límite positivo que puede especificarse o si no se ha alcanzado al menos un valor límite negativo que puede especificarse (15, 16).

Description

DESCRIPCIÓN
Monitorización de velocidad a prueba de fallos de un accionamiento
La invención se refiere a un procedimiento para la monitorización a prueba de fallos de la velocidad de un accionamiento con al menos un convertidor, un motor y un transmisor de velocidad de giro, en donde se especifica al accionamiento una velocidad de giro teórica y mediante el transmisor de velocidad de giro se registra una velocidad de giro real. La invención se refiere, por lo demás, a un sistema formado por al menos un accionamiento que presenta al menos un convertidor, un motor y un transmisor de velocidad de giro, y medios para llevar a cabo el procedimiento mencionado. La invención se refiere además al uso del procedimiento mencionado para la monitorización indirecta de la velocidad de banda de una banda de material movida mediante rodillos en una máquina papelera, cortadora de rollos o estucadora.
Un procedimiento o sistema de este tipo se utiliza en particular allí donde debe realizarse una monitorización de velocidad de accionamientos con un nivel de integridad de seguridad lo más alto posible (SIL, también "Safety Integrity Leve!', definición, por ejemplo, de acuerdo con la IEC/EN 62061). El uso del procedimiento mencionado se utiliza a este respecto, en particular, como perfeccionamiento en soluciones, tal como se describen en el documento WO 2013/127815 A1.
Las soluciones conocidas para la monitorización de velocidad a prueba de fallos emplean transmisores de velocidad de giro de seguridad especiales para ello o hardware externo, transmisores seno-coseno y construcción del transmisor con certificación de seguridad. Sin embargo, estas soluciones son complejas y caras.
Así, por ejemplo, el documento DE102012203002A1 describe cómo se determina la velocidad de giro de un motor que está acoplado con un rodillo de accionamiento que mueve una banda de material. La velocidad de giro se monitoriza permanentemente en cuanto a un ruido presente en cuyo fallo se desconecta la máquina. Se identifica también un fallo cuando la diferencia de velocidad teórica y velocidad real permanece constante durante más tiempo que una duración de tolerancia determinada.
El documento DE102012219914A1 desvela una monitorización de motores de accionamiento. A este respecto, puede determinarse una velocidad de giro real (en correspondencia con la velocidad de giro de sustitución de la presente solicitud) a partir de valores de corriente o tensión. Adicionalmente, la velocidad de giro también puede averiguarse con ayuda de sensores de posición de rotor. Un fallo se identifica cuando la diferencia entre velocidad de giro real y velocidad de giro teórica supera un valor umbral permitido. También se propone una comparación de la velocidad de giro averiguada a partir de parámetros eléctricos con la velocidad de giro determinada por los sensores de posición.
El documento DE102011009927A1 describe asimismo una monitorización de motores de accionamiento. Se propone comparar una velocidad de giro teórica con dos valores de velocidad averiguados a partir de parámetros de motor eléctricos.
El documento DE10163010A1 desvela un sistema con dos procesadores que averiguan de diferente manera en cada caso una velocidad y comparan sus resultados de manera cruzada.
La invención se basa en el objetivo de proponer una solución para la monitorización a prueba de fallos de la velocidad de un accionamiento que supere las desventajas de las soluciones conocidas.
Este objetivo se resuelve mediante un procedimiento según la reivindicación 1.
El procedimiento señala, en particular, que se calcula una velocidad de giro de sustitución, y en un programa de seguridad de una CPU de seguridad, con dos de los tres valores en cada caso velocidad de giro teórica, velocidad de giro real y velocidad de giro de sustitución, se llevan a cabo tres controles de plausibilidad distintos.
El objetivo se resuelve adicionalmente mediante un sistema con las características en la reivindicación 4, así como un uso del procedimiento de acuerdo de la invención con las características indicadas en la reivindicación 6.
La solución de acuerdo de la invención realiza una monitorización de velocidad a prueba de fallos mediante un procedimiento de cálculo en el software mediante el uso del hardware existente/ convencional, es decir, no se requiere ningún hardware especial como en las soluciones conocidas (transmisor de seguridad etc.). A este respecto, la velocidad de giro de sustitución se calcula a partir de la frecuencia de salida del convertidor en caso de accionamientos de corriente trifásica, o el cociente de EMK (fuerza electromotriz o tensión de bornes) y flujo magnético en caso de accionamientos de corriente continua. Mediante los tres controles de plausibilidad (velocidad de giro teórica - velocidad de giro real, velocidad de giro real - velocidad de giro de sustitución, velocidad de giro de sustitución - velocidad de giro teórica) pueden alcanzarse niveles de seguridad que hasta el momento solo pueden alcanzarse mediante soluciones de hardware.
Además, pueden identificarse también fallos de transmisor que no pueden identificarse, o solo con dificultad, mediante las soluciones de hardware anteriores (a través de exclusiones de fallos). Pues en un procedimiento sin la velocidad de giro de sustitución calculada mediante la reacción de valor teórico y valor real (valor real registrado por el transmisor) de la ingeniería de regulación no pueden identificarse todos los fallos de transmisor que, sin embargo, deben identificarse para alcanzar una monitorización de velocidad a prueba de fallos, por ejemplo, deslizamiento constante entre transmisor y árbol de transmisor. Dado que la velocidad de giro de sustitución calculada es independiente del transmisor estos fallos se identifican asimismo mediante el procedimiento de acuerdo de la invención.
De acuerdo con la invención en los controles de plausibilidad se verifica, en cada caso, al menos el tercero de los siguientes criterios:
- al menos un valor varía continuamente,
- la diferencia de ambos valores se sitúa dentro de una tolerancia que puede especificarse,
- la diferencia de ambos valores varía continuamente.
Al comprobar si un valor y/o la diferencia de ambos valores varía continuamente, se comprueba si existe un ruido dentro del valor, o se comprueba la diferencia de ambos valores en cuanto al ruido. Si la diferencia de ambos valores se sitúa dentro de una tolerancia que puede especificarse, entonces ambos valores coinciden al menos en gran medida. Si al menos uno de los criterios comprobados no se cumple, es decir, no se presenta ningún ruido y/o los valores respectivos no coinciden entonces el control de plausibilidad correspondiente es negativo.
De acuerdo con la invención se comprueba si la velocidad de giro real y/o la velocidad de giro de sustitución en el programa de seguridad han superado al menos un valor límite positivo que puede especificarse o si no ha alcanzado al menos un valor límite negativo que puede especificarse. Dado que la velocidad de giro de sustitución calculada es independiente del transmisor, al verificar si la velocidad de giro de sustitución ha superado un valor límite se garantiza la seguridad del sistema también en caso de determinados fallos de transmisor (por ejemplo, deslizamiento constante entre transmisor y árbol de transmisor).
En una forma de realización ventajosa, a este respecto, al superar o no alcanzar el valor límite positivo o negativo se emite una señal de aviso y/o el motor se desconecta. La emisión de una señal de aviso permite al usuario tomar medidas adecuadas y, dado el caso, también desconectar el motor manualmente. Sin embargo, el valor límite puede estar especificado también de modo que puede provocarse una desconexión inmediata del motor.
En una forma de realización ventajosa adicional, en caso de un resultado negativo de al menos un control de plausibilidad se emite una señal de aviso y/o el motor se desconecta. La emisión de una señal de aviso permite al usuario tomar medidas adecuadas y, dado el caso, también desconectar el motor manualmente. Sin embargo, el valor límite puede estar especificado también de modo que puede provocarse una desconexión inmediata del motor.
En una forma ventajosa del diseño del sistema el convertidor presenta medios para calcular la velocidad de giro de sustitución. Mediante la ejecución de este sencillo cálculo directamente en el convertidor en lugar de en la CPU de seguridad, no se influye en el mantenimiento de un nivel de seguridad-integridad alto.
El procedimiento de acuerdo de la invención es adecuado de manera ventajosa, en particular, para la monitorización indirecta de la velocidad de banda de una banda de material movida mediante rodillos en una máquina papelera, cortadora de rollos o estucadora. Por una banda de material se entiende a este respecto una banda de un material plano, por ejemplo, de papel, plástico o metal.
En el caso de máquinas con bandas de material continuas, movidas por rodillos, han de monitorizarse las velocidades periféricas de los rodillos de accionamiento y la velocidad de banda relacionada con estas de las bandas de material. En particular, deben considerarse dos valores umbral de velocidad: una velocidad de banda mecánica máxima que no debe superarse para evitar un daño de la máquina, y una denominada velocidad segura en la que se permite a los usuarios entrar en zonas de peligro durante el movimiento de la máquina, por ejemplo, para llevar a cabo trabajos de mantenimiento.
A continuación, la invención se describe y se explica con más detalle mediante el ejemplo de realización representado en la figura. La figura muestra:
una representación esquemática de una monitorización de velocidad a prueba de fallos de acuerdo de la invención.
La figura muestra un sistema 1 formado por un accionamiento que presenta un convertidor 2, un motor 3 y un transmisor de velocidad de giro 4, y por una CPU de seguridad 6 con un programa de seguridad 7. El convertidor 2 y CPU de seguridad 6 están acoplados a modo de ejemplo a través de un bus de campo 5 como conexión de comunicación. En el ejemplo de realización representado el mismo convertidor 2 presenta medios 8 para calcular una velocidad de giro de sustitución 11. A este respecto, la velocidad de giro de sustitución 11 se calcula a partir de la frecuencia de salida del convertidor 2 en caso de accionamientos de corriente trifásica o a partir del cociente de FEM (fuerza electromotriz o tensión de bornes) y flujo magnético en caso de accionamientos de corriente continua. Al convertidor 2 se especifica una velocidad de giro teórica 9, y el transmisor de velocidad de giro 4 devuelve una velocidad de giro real 10.
En el programa de seguridad 7 de la CPU de seguridad 6 se verifica ahora la plausibilidad de dos de estos tres valores de velocidad de giro, es decir, tiene lugar un control de plausibilidad 12 entre velocidad de giro teórica 9 y velocidad de giro real 10, un control de plausibilidad 13 entre velocidad de giro teórica 9 y velocidad de giro de sustitución 11 y un control de plausibilidad 14 entre velocidad de giro de sustitución 11 y velocidad de giro real 10. En cada uno de estos tres controles de plausibilidad 12-14 se verifica ventajosamente si al menos uno de los valores respectivos varía continuamente, es decir, presenta un ruido, si la diferencia de ambos valores se mueve en un intervalo de tolerancia que puede especificarse, es decir, si ambos valores coinciden al menos esencialmente (pero no coinciden exactamente de manera duradera), y si la diferencia de ambos valores varía continuamente (es decir, asimismo, si se presenta un ruido). Si las tres pruebas de plausibilidad 12-14 son positivas la velocidad de giro del motor 3 se supone segura.
Adicionalmente, se comprueba si tanto la velocidad de giro real 10 como la velocidad de giro de sustitución 11 superan un valor límite 15, 16. Por ello, la seguridad del sistema 1 también se garantiza en caso de determinados fallos de transmisor (como, por ejemplo, deslizamiento constante entre transmisor y árbol de transmisor) que de otro modo no pueden constatarse, o solo con dificultad (a través de exclusiones de fallos).
En resumen, la invención se refiere a una monitorización a prueba de fallos de la velocidad de un accionamiento con al menos un convertidor, un motor y un transmisor de velocidad de giro, en donde al accionamiento se especifica una velocidad de giro teórica, y mediante el transmisor de velocidad de giro se registra una velocidad de giro real. Para alcanzar un alto nivel de integridad de seguridad evitando las desventajas de las soluciones conocidas, se propone que se calcule una velocidad de giro de sustitución y en un programa de seguridad de una CPU de seguridad con dos de los tres valores, en cada caso, velocidad de giro teórica, velocidad de giro real y velocidad de giro de sustitución, así como reivindicados en la reivindicación 1 se llevan a cabo tres tipos distintos de control de plausibilidad. Dado que la velocidad de giro de sustitución calculada es independiente del transmisor, en una comprobación de la velocidad de giro de sustitución pueden identificarse también fallos de transmisor que no pueden identificarse, o solo con dificultad mediante soluciones de hardware anteriores (a través de exclusiones de fallos).

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la monitorización a prueba de fallos de la velocidad de un accionamiento con un rodillo y para la monitorización indirecta de la velocidad de banda de una banda de material movida mediante rodillos, en donde el accionamiento presenta al menos un convertidor (2), un motor (3) y un transmisor de velocidad de giro (4), en donde al accionamiento se especifica una velocidad de giro teórica (9) y mediante el transmisor de velocidad de giro (4) se registra una velocidad de giro real (10),
caracterizado porque
se calcula una velocidad de giro de sustitución (11) y en un programa de seguridad (7) de una CPU de seguridad (6) con dos de los tres valores, en cada caso, velocidad de giro teórica (9), velocidad de giro real (10) y velocidad de giro de sustitución (11) se lleva a cabo un control de plausibilidad (12-14), en donde la velocidad de giro de sustitución (11) se calcula a partir de la frecuencia de salida del convertidor (2) en caso de accionamientos de corriente trifásica o a partir del cociente de tensión de borne y flujo magnético en caso de accionamientos de corriente continua, en donde se realiza al menos un control de plausibilidad (12, 13, 14) en cada caso
- entre velocidad de giro teórica (9) y velocidad de giro real (10),
- entre velocidad de giro teórica (9) y velocidad de giro de sustitución (11) y
- entre velocidad de giro real (10) y velocidad de giro de sustitución (11), en donde en los tres controles de plausibilidad (12-14) se verifica,
que la diferencia de ambos valores varía continuamente,
en donde también se indica un ruido como variación continua, y en donde se comprueba si la velocidad de giro real (10) y/o la velocidad de giro de sustitución (11) en el programa de seguridad (7) han superado al menos un valor límite positivo que puede especificarse o si no se ha alcanzado al menos un valor límite negativo que puede especificarse (15, 16).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
en donde al superar o no alcanzar el valor límite positivo o negativo se emite una señal de aviso y/o el motor (3) se desconecta.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,
en donde en caso de un resultado negativo de al menos un control de plausibilidad (12-14) se emite una señal de aviso y/o el motor (3) se desconecta.
4. Sistema (1) compuesto
por al menos un accionamiento con un rodillo y una banda de material movida mediante rodillos, en donde el accionamiento presenta al menos un convertidor (2), un motor (3) y un transmisor de velocidad de giro (4),
por medios para calcular una velocidad de giro de sustitución, que están configurados de modo que la velocidad de giro de sustitución (11) se calcula a partir de la frecuencia de salida del convertidor (2) en caso de accionamientos de corriente trifásica o a partir del cociente de tensión de borne y flujo magnético en caso de accionamientos de corriente continua, y por una CPU de seguridad (6), en donde la CPU de seguridad (6) presenta al menos un programa de seguridad (7) para llevar a cabo un procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores.
5. Sistema según la reivindicación 4, en donde el convertidor (2) presenta los medios (8) para calcular la velocidad de giro de sustitución (11).
6. Uso del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3 para la monitorización indirecta de la velocidad de banda de una banda de material movida mediante rodillos en una máquina papelera, cortadora de rollos o estucadora.
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